Avec le développement des technologies d’encapsulation des composants électroniques vers la miniaturisation, la légèreté et les hautes performances, l’augmentation de la densité fonctionnelle des composants et la réduction de l’espacement entre les bornes d’entrée et les bornes de sortie sont devenues une tendance de développement des composants électroniques, ce qui se manifeste le mieux par la technologie d’assemblage automatique caractérisée parSMT (technologie de montage en surface). Afin de mettre en œuvre le montage en surface des composants, la première étape consiste à fabriquer des pastilles correspondantes sur le PCB afin d’obtenir un PCB structuré. Ensuite, la technologie d’impression au pochoir est appliquée pour recouvrir de pâte à braser la surface des pastilles du PCB. Enfin, un chauffage est effectué pour transformer la pâte à braser en liquide, lequel forme un pont liquide entre les broches des composants et la pastille du PCB. Sous l’influence du vernis épargne sur le PCB, la pâte à braser en fusion est limitée à la zone de la pastille de soudure correspondante afin d’empêcher les ponts entre les joints de soudure, de sorte que l’assemblage automatique de la puce sur le PCB soit réalisé. Selon les différents types de boîtiers, des pastilles de soudure circulaires et rectangulaires sont principalement sélectionnées, c’est-à-dire,BGA (array de billes)et boîtier QFN (quad flat no-lead). Si vous voulez en savoir plus sur le BGA, seulement QUATRE étapes suffisent.
Wiki QFN
Par rapport à d’autres composants dotés de différents types de boîtiers, le boîtier QFN est conçu pour être directement soudé sur un substrat PCB ou FPC. Il est capable d’offrir une meilleure dissipation thermique grâce à ses pastilles métalliques exposées sur la face inférieure. En outre, le boîtier QFN présente d’excellentes performances électriques, car ses broches sont plus courtes que celles des composants avec boîtier à pattes prolongées. Par conséquent, il est d’une grande importance de concevoir des pastilles QFN sur le PCB afin de maintenir et garantir la haute fiabilité et les hautes performances du PCB.
Angle de mouillage
En raison de la petite taille des broches QFN et de l’espacement réduit entre les broches, des ponts de soudure ou des soudures fictives peuvent être causés par une quantité inexacte de pâte à braser déposée. Par conséquent, une conception raisonnable de la taille des pastilles du PCB en fonction de l’épaisseur du pochoir (h0) est extrêmement utile pour le taux de réussite du brasage. Supposons que l’angle de mouillage de l’étain de brasage sur le plot de soudure (θa) est de 30° et l’angle de mouillage de l’étain de soudure sur le vernis épargne (θr) est de 160°. Si l’on néglige la rugosité de la surface du pad, l’angle de mouillage peut être approximativement considéré comme l’angle d’avance ou de recul de la ligne de contact à trois phases. Conformément au procédé pratique de brasage des composants QFN, un contrôle raisonnable des courbes de température du brasage par refusion, dans des conditions idéales où l’étain de soudure est entièrement fondu et la surface du pad bien mouillée, permet à la fois d’assurer l’efficacité du brasage et d’aider les composants à atteindre un équilibre automatique de brasage en assemblage. Si le pad est raisonnablement conçu, l’état idéal des joints de soudure satisfait non seulement aux exigences de performance électrique du PCB et de connexion mécanique, mais évite également les défaillances des joints de soudure telles que le pontage et la soudure froide. En ce sens, l’état des joints de soudure doit satisfaire aux formules suivantes :
a. Lorsque les joints de soudure à l’intérieur du QFN sont entièrement répartis sur le plot du PCB,θa≤θj(Zu)≤θr,θj(0)=30°x3(0)=x4(0)=Dx4
b. Lorsque l’étain à l’extérieur du QFN se développe sur le patin latéral,
(1)θj(Zu)=θs3+90°θ4(0)=30°θ3(0)=30°
(2)x3(0)=x4(0)=Dx4(0),x3(Zu)=0.
Conception du pad
Dans cette formule,θs3est égal àθatous deux étant l’angle de mouillage de l’étain de soudure sur le plot latéral.
Dans la direction verticale, l’équation d’équilibre statique du liquide de pontage est :
PdLy(x3(0)-x4(0)+Lx)+Wz-[T(x3(0)-x4(0)+Lx)(sinθ2(0)+sinθ1(0))+TLy(sinθ3(0)+sinθ4(0))]-ρgV0=0
L’intensité de la pression au bas des joints de soudure (Pd) est :Pd=[T(x3(0)-x4(0)+Lx)(sinθ2(0)+sinθ1(0))+TLy(sinθ3(0)+sinθ4(0))+ρgV0-Wz]/[Ly(x3(0)-x4(0)+Lx)]
Dans ces formules,ρfait référence à la densité liquide de l’étain de soudure ; T fait référence à la tension de surface du liquide du joint de soudure ;x3(0) etx4(0) se réfère au glissement des deux extrémités des joints de soudure liquide au niveau du liquide de la pastille de soudure inférieure ;θ1(0) etθ2(0) se réfèrent aux angles de contact des deux côtés formés par l’interface liquide-gaz de part et d’autre des joints de soudure et la surface du pad inférieur tandis queθ3(0) etθ4(0) se réfèrent aux angles de contact aux deux extrémités formés par l’interface liquide-gaz des deux côtés ;V0fait référence au volume du joint de soudure ;Wzfait référence à la force appliquée du plot à l’extrémité de la puce et du joint de soudure dans la direction verticale.
Sous la limite des formules (1) et (2), les courbes de cadre des joints de soudure peuvent rendre les conditions aux limites à l’extrémité supérieure des joints de soudure équivalentes à des conditions initiales, sur la base de la méthode efficace de résolution des problèmes à valeurs initiales. Étant donné que la solution à valeurs initiales est incapable de satisfaire l’exigence selon laquellezest égal à 0, il est transformé en un problème équivalent en termes de minimisation de la fonction objectif, présenté dans l’Équation (3).
Cette fonction objectif minimisée peut être appliquée pour déterminer la taille de conception idéale du plotDx4.
De plus, les caractéristiques géométriques de l’angle d’enrobage d’étain du plot de PCB doivent être prises en considération. Dans cette optique, la taille d’extension du plot doit respecter l’équation suivante :
Dans cette équation,Dhfait référence à l’épaisseur du côté du plot exposé à l’extérieur de la puce. Grâce à l’optimisation des variables implicites, l’exigence d’erreur attendue est satisfaite par la fonction objectif et la taille de conception des plots à l’intérieur et à l’extérieur (Dx4&Dx3) peut être calculé en satisfaisant le besoin de la valeur latérale à l’extrémité inférieure.
Cette méthode garantit qu’un pad adapté aux boîtiers QFN puisse être correctement conçu afin d’atteindre les hautes performances électriques de ce composant et du circuit imprimé. Ensuite, avec des professionnels qualifiéscapacité d’assemblage, PCBCart est capable de transformer votre conception idéale en réalité.
